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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cargador digital. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Cargadores, baterías, celdas galvánicas Las ventajas de la carga individual de las baterías que componen las baterías de energía de los equipos e instrumentos de medición son bien conocidas: se prolonga su vida útil, es posible cargar simultáneamente baterías de diferentes baterías, etc. Sin embargo, los radioaficionados rara vez construyen baterías multicanal. cargadores: se ven disuadidos por la aparente complejidad y el alto costo. El autor del artículo publicado afirma que en este caso no hay necesidad de lamentar los costes: se amortizarán. Recordemos lo que dice la sabiduría popular: “El avaro paga dos veces”... En la prensa, por ejemplo en [1], apareció una descripción de un cargador multicanal (CHD) con control del voltaje de cada una de las baterías que se están cargando y limitando la corriente de carga al alcanzar el umbral de voltaje de carga. Como todos los dispositivos automáticos con control del nivel de carga de la batería, son, por supuesto, fáciles de usar. Pero como muestra la experiencia, este diseño del cargador conduce a un deterioro de su eficiencia en comparación con la conexión secuencial de baterías y a complicaciones injustificadas. Todavía se puede aceptar el deterioro de la eficiencia cuando se alimenta desde la red eléctrica: durante el funcionamiento de una batería, el coste de la electricidad gastada en cargarla es insignificante en comparación con el coste de las baterías y del propio cargador. Los autores del artículo mencionado anteriormente, en mi opinión, han superado el "en la frente": al aumentar el número de canales a cuatro, también utilizaron un amplificador operacional cuádruple. No creo que esta sea la mejor solución al problema. El hecho es que la tendencia general en el desarrollo del diseño de circuitos de dispositivos en serie durante las últimas dos décadas indica una disminución en la proporción específica de dispositivos analógicos en su composición, reemplazándolos por dispositivos digitales que, en condiciones de producción en masa, tienen mejor repetibilidad de los parámetros de salida. A pesar de que los radioaficionados, por regla general, crean diseños únicos, la repetibilidad no es menos importante para ellos: por supuesto, es más fácil ensamblar un dispositivo según el principio de "hazlo y olvídate de cómo funciona" que gastar precioso fervor creativo al ponerlo en marcha. También es importante que hoy los elementos de la tecnología digital sean más baratos y accesibles. Precisamente sobre la base de estas premisas se desarrolló la memoria “digital” de cuatro canales propuesta para baterías de níquel-cadmio (ver diagrama).
Principales características técnicas:
El trabajo de la memoria es el siguiente. La entrada CN (pin 1) del contador DD1 recibe pulsos de reloj con una frecuencia de 100 Hz. En sus salidas 2 y 4 (pines 12 y 13) hay una determinada combinación digital en el código binario, que es la dirección, es decir, el número de canal del cargador. La señal de este código se suministra a la entrada de dirección del multiplexor (pines 10, 9 del chip DD2). Supongamos que el número I está actualmente escrito en el contador DD1 (1=0, 1, 2, 3). A través de un multiplexor (entradas X DD2), el voltaje del 1er canal del cargador se suministra a la entrada no inversora (pin 3) del comparador DA1, que lo compara con un voltaje de referencia correspondiente al voltaje configurado al final. de carga de la batería. En la salida del comparador (pin 6), cuando finalice el primer pulso de reloj, se generará un voltaje de nivel alto (la batería conectada al primer canal está cargada) o de nivel bajo (la batería está descargada). , que se suministra a las entradas D de los activadores de los microcircuitos DD1, DD1 de los cuatro canales. En este momento, a través del decodificador (entradas Y del microcircuito DD3), llega un pulso de bajo nivel a la entrada de reloj C del 4er disparador, con su disminución (cambio de voltaje de -2 V a +1 V), registrando información de la entrada de información D. El estado de este disparador permanecerá sin cambios hasta el siguiente pulso de reloj, es decir, hasta que se repita la dirección. Los voltajes de las salidas del disparador, por ejemplo, el disparador DD3 de la unidad de carga A3, se suministran a los transistores clave VT3.1, VT1, que encienden respectivamente la corriente de carga (la batería G2 conectada al canal con dirección "3" es descargada) y el indicador HL1 “Sin carga” se ilumina en rojo (la batería está cargada). Por lo tanto, el dispositivo descrito utiliza un único elemento analógico "resbaladizo": el comparador DA1, que alternativamente (como un gran maestro durante una sesión de juego simultánea) toma una decisión para cada una de las cuatro baterías: si se debe cargar durante los próximos cuatro ciclos. O no. Los pulsos de reloj, que siguen al doble de la frecuencia de la red (98... 100 Hz), se suministran a la entrada del contador DD1 desde la salida del rectificador VD1VD2 a través de un controlador formado por los elementos R3, C5, VT1, R4. Desde las salidas del contador, una secuencia de reloj cambia los canales de memoria con una frecuencia cercana a 6 Hz (fclock = 2 fnetworks/16 = 2-50/16 - 6 Hz), y la conmutación de cada canal de memoria se produce con una frecuencia de aproximadamente 1,5 Hz : (fswitch =ftact/4·250/16/4 - 1,5 Hz). Al mismo tiempo, la frecuencia de "parpadeo" de los indicadores de carga HL2 - HL5, con su disposición lineal y la ausencia de baterías en el cargador (el primer impulso enciende el canal y el siguiente apaga, es decir, la frecuencia El número de indicadores "parpadeantes" sigue siendo 2 veces menor), no molesta al usuario: el funcionamiento del dispositivo en este caso se parece a la conocida guirnalda del árbol de Navidad. Si se elige una frecuencia de "parpadeo" más alta, por ejemplo 10 kHz, las señales luminosas de los indicadores dejarán de ser perceptibles: el dispositivo no atraerá mayor atención y, si es más baja, será incómodo elimine la falta de contacto que ocurre con frecuencia al conectar una batería con una superficie de contacto oxidada al cargador. El condensador C5 previene posibles fallos del contador DD1 por interferencias en la red de suministro. Para evitar fallas de los microcircuitos al cambiar la polaridad del voltaje de la batería que se está cargando (debido a su polaridad inversa o conexión errónea), su fuente de alimentación es bipolar. La función de comparador (DA1) la realiza el amplificador operacional KR140UD1208, que proporciona parámetros garantizados a baja tensión de alimentación. Además, es relativamente "lento" y proporciona un retraso en el cambio de voltaje en la entrada de información D de los flip-flops cuando llega un pulso de reloj a la entrada C, es decir, tiene un "filtro de paso bajo incorporado". ”en la salida. El LED HL1 (verde), que indica que el dispositivo está conectado a la red, junto con las resistencias R11 - R13 forman una fuente de voltaje de referencia. El voltaje correspondiente en la entrada inversora del comparador DA1 se establece mediante la resistencia R12 igual al voltaje de la batería cargada. Para aumentar la eficiencia, el suavizado del voltaje rectificado mediante los condensadores de filtro C1 y C2 se produce solo en circuitos de suministro de energía de baja potencia. La tensión de alimentación de la parte de baja potencia del dispositivo se estabiliza mediante estabilizadores paramétricos R1VD4 y R2VD5. Todas las resistencias fijas son C2-23, las resistencias de sintonización R12 son SPZ-19 o, mejor aún, multivueltas SP5-2, SP5-14. Condensadores: K10-17 y K50-35. En lugar del KR140UD1208, usaremos su análogo de otra serie de amplificadores operacionales, que funciona con un voltaje de suministro bajo. Es deseable que los potentes diodos rectificadores VD1 y VD2 tengan una barrera Schottky y la menor caída de tensión directa posible. Los transistores de la serie KTZ102 (VT2-VT9), que funcionan en modo de conmutación, deben tener un coeficiente de transferencia de corriente base alto. Cuando se utilizan transistores con un valor numérico más bajo de este parámetro, la capacidad de carga de los activadores del microcircuito no será suficiente para saturar los transistores (especialmente VT2, VT4, VT6, VT8, que incluyen la corriente de carga de la batería). En este caso, deberá utilizar un diodo zener VD4 con un voltaje de estabilización alto, por ejemplo KS139A. La alimentación de red se realiza mediante un transformador disponible de 3 W. El valor de tensión efectiva en cada uno de sus devanados II y III bajo carga es de 5 V. Se pueden utilizar transformadores incandescentes unificados de la serie TN. Estructuralmente, el cargador está fabricado en una carcasa soldada a partir de placas laminadas de fibra de vidrio recubiertas con papel de aluminio de 2 mm de espesor. En la parte superior de la carcasa hay un casete para conectar baterías recargables y frente a cada batería hay un indicador de carga correspondiente. Se perforan orificios de ventilación en las paredes superior e inferior de la carcasa en el área donde se encuentra el transformador de red. Los condensadores C6, C7 y C8-C10, que derivan los circuitos de alimentación de los microcircuitos, deben colocarse en diferentes áreas de la placa de circuito. Configurar un dispositivo correctamente ensamblado no es difícil. Después de encender la alimentación, el indicador HL1 debería iluminarse (verde) y los indicadores HL2-HL5 (rojo) deberían parpadear. Luego, cerrando alternativamente los contactos de cada uno de los canales del dispositivo, verifique si se apaga el indicador correspondiente. Después de dicha verificación preliminar, conecte una batería cargada a cualquiera de los canales del dispositivo y use la resistencia de ajuste R12 para establecer un voltaje de referencia de 1 V en la entrada inversora del comparador DA1,43. En este caso, el indicador del bloque de carga de este canal debería iluminarse. Trabajar con la memoria propuesta es aún más sencillo. Limpie con alcohol las superficies de contacto de las baterías que se están cargando y, observando la polaridad, conéctelas a los contactos de resorte del casete. Si la batería está baja, el LED correspondiente no debería encenderse en absoluto. El "parpadeo" cada vez mayor de los LED indica que las baterías están a punto de terminar de cargarse, y si una de las baterías está completamente cargada, su LED se ilumina continuamente. Brevemente sobre las posibles mejoras del cargador descrito: La fuente de voltaje de referencia (VS), construida sobre LED, tiene un TKN negativo notable: aproximadamente 2 mV/°C a temperatura de funcionamiento. En consecuencia, un aumento de temperatura de 15°C provoca una carga insuficiente de la batería de aproximadamente 0,03 V. Esto, por supuesto, no es un inconveniente grave del cargador, debido a las peculiaridades de la característica corriente-voltaje, níquel-cadmio. Por este motivo, las baterías “cargan de menos” sólo un pequeño porcentaje de la energía total almacenada. Para reducir la influencia de la temperatura en esta versión del ION, está ubicado alejado de flujos de calor. Si desea lograr una precisión de memoria aún mayor, puede instalar un ION más avanzado, como se describe en [3]. Pero entonces aumentarán los costes de las piezas de la memoria diseñada. Si el transformador de red de la fuente de alimentación tiene suficiente reserva de energía, puede aumentar la corriente de carga de la batería o el número de canales del dispositivo. Para aumentar la corriente de carga, basta con reemplazar los transistores VT2, VT4, VT6 y VT8 por compuestos, por ejemplo KT973A, diodo Zener VD4 por KS139A (o KS147A) y, en consecuencia, cambiar la resistencia y la disipación de potencia de las resistencias de ajuste de corriente R15. , R17, R19, R21. La forma más sencilla de aumentar el número de canales a ocho es utilizando el multiplexor de ocho canales K561KP2 del dispositivo. Y una última cosa. El funcionamiento del dispositivo las 24 horas (mientras que las baterías se pueden guardar simplemente en él) requiere un diseño muy cuidadoso y el cumplimiento de los requisitos de seguridad. Literatura
Autor: V. Zhuravlev, Energodar, región de Zaporozhye.
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